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Go Reflect 性能

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Go reflect包提供了运行时获取对象的类型和值的能力，它可以帮助我们实现代码的抽象和简化，实现动态的数据获取和方法调用，提高开发效率和可读性，也弥补Go在缺乏泛型的情况下对数据的统一处理能力。

通过reflect，我们可以实现获取对象类型、对象字段、对象方法的能力，获取struct的tag信息，动态创建对象，对象是否实现特定的接口，对象的转换、对象值的获取和设置、Select分支动态调用等功能，看起来功能不错，但是大家也都知道一点: 使用reflect是有性能代价的!

测试

Java中的reflect的使用对性能也有影响，但是和Java reflect不同， Java中不区分Type和Value类型的，所以至少Java中我们可以预先讲相应的reflect对象缓存起来，减少反射对性能的影响，但是Go没办法预先缓存reflect, 因为Type类型并不包含对象运行时的值，必须通过ValueOf和运行时实例对象才能获取Value对象。

对象的反射生成和获取都会增加额外的代码指令，并且也会涉及interface{}装箱/拆箱操作，中间还可能增加临时对象的生成，所以性能下降是肯定的，但是具体能下降多少呢，还是得数据来说话。

当然，不同的reflect使用的姿势，以及对象类型的不同，都会多多少少影响性能的测试数据，我们就以一个普通的struct类型为例：

package test
import (
"reflect"
"testing"
)
type Student struct {
Name  string
Age   int
Class string
Score int
}
func BenchmarkReflect_New(b *testing.B) {
var s *Student
sv := reflect.TypeOf(Student{})
b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
sn := reflect.New(sv)
s, _ = sn.Interface().(*Student)
}
_ = s
}
func BenchmarkDirect_New(b *testing.B) {
var s *Student
b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
s = new(Student)
}
_ = s
}
func BenchmarkReflect_Set(b *testing.B) {
var s *Student
sv := reflect.TypeOf(Student{})
b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
sn := reflect.New(sv)
s = sn.Interface().(*Student)
s.Name = "Jerry"
s.Age = 18
s.Class = "20005"
s.Score = 100
}
}
func BenchmarkReflect_SetFieldByName(b *testing.B) {
sv := reflect.TypeOf(Student{})
b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
sn := reflect.New(sv).Elem()
sn.FieldByName("Name").SetString("Jerry")
sn.FieldByName("Age").SetInt(18)
sn.FieldByName("Class").SetString("20005")
sn.FieldByName("Score").SetInt(100)
}
}
func BenchmarkReflect_SetFieldByIndex(b *testing.B) {
sv := reflect.TypeOf(Student{})
b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
sn := reflect.New(sv).Elem() 
sn.Field(0).SetString("Jerry")
sn.Field(1).SetInt(18)
sn.Field(2).SetString("20005")
sn.Field(3).SetInt(100)
}
}
func BenchmarkDirect_Set(b *testing.B) {
var s *Student
b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
s = new(Student)
s.Name = "Jerry"
s.Age = 18
s.Class = "20005"
s.Score = 100
}
}

测试结果:

BenchmarkReflect_New-4               20000000    70.0 ns/op      48 B/op       1 allocs/op
BenchmarkDirect_New-4                30000000    45.6 ns/op      48 B/op       1 allocs/op
BenchmarkReflect_Set-4               20000000    73.6 ns/op      48 B/op       1 allocs/op
BenchmarkReflect_SetFieldByName-4     3000000   492 ns/op      80 B/op       5 allocs/op
BenchmarkReflect_SetFieldByIndex-4   20000000   111 ns/op      48 B/op       1 allocs/op
BenchmarkDirect_Set-4                   30000000    43.1 ns/op      48 B/op       1 allocs/op

测试结果

我们进行了两种功能的测试：

对象(struct)的创建
对象字段的赋值

对于对象的创建，通过反射生成对象需要 70纳秒，而直接new这个对象却只需要45.6纳秒，性能差别还是很大的。

对于字段的赋值，一共四个测试用例：

Reflect_Set: 通过反射生成对象，并将这个对象转换成实际的对象，直接调用对象的字段进行赋值，需要73.6纳秒
Reflect_SetFieldByName: 通过反射生成对象，通过FieldByName进行赋值，需要492纳秒
Reflect_SetFieldByIndex: 通过反射生成对象，通过Field进行赋值，需要111纳秒
Direct_Set: 直接调用对象的字段进行赋值，只需要43.1纳秒

Reflect_Set和Direct_Set性能的主要差别还是在于对象的生成，因为之后字段的赋值方法都是一样的，这也和对象创建的测试case的结果是一致的。

如果通过反射进行赋值，性能下降是很厉害的，耗时成倍的增长。比较有趣的是，FieldByName方式赋值是Field方式赋值的好几倍，原因在于FieldByName会有额外的循环进行字段的查找，虽然最终它还是调用Field进行赋值：

func (v Value) FieldByName(name string) Value {
v.mustBe(Struct)
if f, ok := v.typ.FieldByName(name); ok {
return v.FieldByIndex(f.Index)
}
return Value{}
}
func (v Value) FieldByIndex(index []int) Value {
if len(index) == 1 {
return v.Field(index[0])
}
v.mustBe(Struct)
for i, x := range index {
if i > 0 {
if v.Kind() == Ptr && v.typ.Elem().Kind() == Struct {
if v.IsNil() {
panic("reflect: indirection through nil pointer to embedded struct")
}
v = v.Elem()
}
}
v = v.Field(x)
}
return v
}

优化

从上面的测试结果看，通过反射生成对象和字段赋值都会影响性能，但是通过反射的确确确实实能简化代码，为业务逻辑提供统一的代码，比如标准库中json的编解码、rpc服务的注册和调用，一些ORM框架比如gorm等，都是通过反射处理数据的，这是为了能处理通用的类型。

https://github.com/golang/go/blob/master/src/encoding/json/decode.go#L946

  ......
      case reflect.String:
v.SetString(string(s))
case reflect.Interface:
if v.NumMethod() == 0 {
v.Set(reflect.ValueOf(string(s)))
} else {
d.saveError(&UnmarshalTypeError{Value: "string", Type: v.Type(), Offset: int64(d.readIndex())})
          }
  ......

https://github.com/jinzhu/gorm/blob/master/scope.go#L495

     for fieldIndex, field := range selectFields {
if field.DBName == column {
if field.Field.Kind() == reflect.Ptr {
values[index] = field.Field.Addr().Interface()
} else {
reflectValue := reflect.New(reflect.PtrTo(field.Struct.Type))
reflectValue.Elem().Set(field.Field.Addr())
values[index] = reflectValue.Interface()
resetFields[index] = field
}
selectedColumnsMap[column] = offset + fieldIndex
if field.IsNormal {
break
}
}
     }

在我们追求高性能的场景的时候，我们可能需要尽量避免反射的调用，比如对json数据的unmarshal， easyjson就通过生成器的方式，避免使用反射。

func (v *Student) UnmarshalJSON(data []byte) error {
r := jlexer.Lexer{Data: data}
easyjson4a74e62dDecodeGitABCReflect(&r, v)
return r.Error()
}
func (v *Student) UnmarshalEasyJSON(l *jlexer.Lexer) {
easyjson4a74e62dDecodeGitABCReflect(l, v)
}
func easyjson4a74e62dDecodeGitABCReflect(in *jlexer.Lexer, out *Student) {
isTopLevel := in.IsStart()
if in.IsNull() {
if isTopLevel {
in.Consumed()
}
in.Skip()
return
}
in.Delim('{')
for !in.IsDelim('}') {
key := in.UnsafeString()
in.WantColon()
if in.IsNull() {
in.Skip()
in.WantComma()
continue
}
switch key {
case "Name":
out.Name = string(in.String())
case "Age":
out.Age = int(in.Int())
case "Class":
out.Class = string(in.String())
case "Score":
out.Score = int(in.Int())
default:
in.SkipRecursive()
}
in.WantComma()
}
in.Delim('}')
if isTopLevel {
in.Consumed()
}
}

其它的一些编解码库也提供了这种避免使用反射的方法来提高性能。

顺带测一下"装箱/拆箱"操作带来的性能影响

func DirectInvoke(s *Student) {
s.Name = "Jerry"
s.Age = 18
s.Class = "20005"
s.Score = 100
}
func InterfaceInvoke(i interface{}) {
s := i.(*Student)
s.Name = "Jerry"
s.Age = 18
s.Class = "20005"
s.Score = 100
}
func BenchmarkDirectInvoke(b *testing.B) {
s := new(Student)
for i := 0; i < b.N; i++ {
DirectInvoke(s)
}
_ = s
}
func BenchmarkInterfaceInvoke(b *testing.B) {
s := new(Student)
for i := 0; i < b.N; i++ {
InterfaceInvoke(s)
}
_ = s
}

测试结果:

1 2	BenchmarkDirectInvoke-4 300000000 5.60 ns/op 0 B/op 0 allocs/op BenchmarkInterfaceInvoke-4 200000000 6.64 ns/op 0 B/op 0 allocs/op

可以看到将具体对象转换成 interface{}(以及反向操作)确实回带来一点点性能的影响，不过看起来影响倒不是很大。

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文章信息

作者：smallnest 来源：鸟窝
标签： go reflect 性能
发布时间：2019-08-10 22:15:47

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